QmIII-V = 1,1·11,06 = 12,17 кВар,
SmIII-V = = 28,9 кВар.
Определяем нагрузки шкафа ШР3
Qmшр3 = 34,5·0,78 = 26,9 кВар,
Smшр3 = = 43,75 кВА,
Imшр3 = = 66,5 А.
Определяем максимальную активную мощность шкафа ШР2 Рmшр2, кВт, с учётом электроприёмников шкафа ШР3
Рmшр2 = Рm3-5+Pmшр3 ,
Рmшр2 = 26,2+34,5 = 60,7 кВт.
Определяем максимальную реактивную мощность электроприёмников шкафа ШР2, кВар
Qmшр2 = Qm3-5+Qmшр3,
Qmшр2 = 12,17+26,9 = 39,07 кВар,
Smшр2 = = 72,2 кВА,
Imшр2 = = 109,8 А,
cosφшр2 = = 0,84,
tgφшр2 = = 0,64.
Рассчитываем нагрузки шкафа ШР4
Рассчитываем номинальную активную мощность кран-балки, приведённую к длительному режиму работы Рн16, кВт
Рн16 = Рн ·,
где ПВ - продолжительность включения, в относительных единицах
Рн16 = 12,5 · = 7,9 кВт,
∑Рншр4 = 10·2+7,9 = 27,9 кВт,
∑Рсмшр4 = 20·0,16+7,9·0,1 = 3,2+0,79 = 3,99 кВт,
Ки = =0,14 <0,2,
m = = 1,27 <3.
Т.к. Ки <0,2, m < 3, n <4, то эффективное число электроприёмников определяем по формуле
Pmшр4 = Кз·∑Рн ,
где Кз – коэффициент загрузки. Для электроприёмников с продолжительным режимом работы Кз=0,9.
Рmшр4 = 0,9·27,9 = 25,11 кВт,
∑Qсмшр4 = 3,2·1,33+0,79·1,73 = 5,62 кВар,
∑Qmшр4 = 1,1·5,62 = 6,18 кВар,
Smшр4 = = 25,86 кВА,
Imшр4 = = 39,3 А,
cosφ = = 0,97,
tgφ = = 0,25.
Рассчитываем нагрузки сварочного аппарата шовного.
РнVIII = Sн · cosφ ·,
РнVIII = 100 · 0,7· = 49,5 кВт,
РсмVIII = 49,5·0,5 = 24,75 кВт,
PmVIII = 0,9·49,5 = 44,55 кВт,
QсмVIII = 24,75·1,02=25,25 кВар,
QmVIII = 1,1·25,25 = 27,78 кВар,
SmVIII = = 51,2 кВА.
Определяем нагрузки распредилительного шкафа ШР5
Qmшр5 = 40,6·0,72 = 29,2 кВар,
Smшр5 = = 50 кВА,
Imшр5 = = 75,97 А.
Определяем нагрузки осветительного шкафа ЩО
Imщо == 14,89 А.
Определяем активную максимальную мощность дополнительной нагрузки Pmд.н., кВт
Pmд.н. = Smд.н.·cosφд.н.,
Рmд.н.=196,7·0,78=153,4 кВт.
Определяем реактивную максимальную мощность дополнительной нагрузки Qmд.н., кВар
Qmд.н. = ,
Qmд.н. ==123,1 кВар.
Imд.н.= =298,8 A
Рассчитываем нагрузки I секции.
Рm1c =Pmшр1+Pmшр2+Pmшр4+PmVIII+Pmшр5+Pmщо+Pmд.н.,
Рm1c = 28,4+60,7+25,11+44,55+40,6+9,8+153,4=362,56 кВт,
Qm1c = Qmшр1+Qmшр2+Qmшр4+QmVIII+Qmшр5+Qmд.н.,
Qm1с =15,03+39,07+6,18+27,78+29,2+123,1 = 240,36 кВар,
Sm1c = =435 кВА,
Im1c = = 660,9 А.
Находим нагрузки цеха с учётом симметричной нагрузки II секции
Рmц = 2·362,56= 725,12 кВт,
Qmц =2·240,36= 480,72 кВар,
Smц == 870 кВА,
Imц = = 1321,8 А.
Рассчитываем средневзвешанные коэффициенты активной (cosφсрв) и реактивной (tgφсрв) мощности по цеху
cosφсрв == 0,83,
tgφсрв == 0,66.
Итак, по полной максимальной мощности Smц =870 кВА выбираем число и мощность силовых трансформаторов. По максимальному току Imц =1321,8 А выбираем питающие сети и защитную аппаратуру, по средневзвешенному коэффициенту активной мощности будем решать вопрос о необходимости компенсации реактивной мощности.
5. Компенсация реактивной мощности
Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителям электроэнергии.
Реактивная мощность, потребляемая электроприемниками производственных предприятий распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70% приходится на асинхронные двигатели, 20-25% - трансформаторы и около 10% - воздушные электросети и другие электроприемники.
Увеличение потребления реактивной мощности электроустановокой вызовет рост тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижение величины коэффициента мощности электроустановки.
Повышение коэффициента мощности зависит от снижения потребления реактивной мощности.
В результате расчёта электрических нагрузок максимальная реактивная мощность, потребляемая электроприёмниками цеха составила Qmц=480,72 кВар, при средневзвешанном коэффициенте мощности сosφсрв=0,83 (tgφсрв=0,66).
Т.к. данный коэффициент мощности не отвечает требованиям энергосистемы сosφэ=0,94 (tgφэ=0,36),то выполняем компенсацию реактивной мощности путём установки конденсаторных батарей (КБ)
Т.к. электроприёмники проектируемого объекта относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения, то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем двухсекционную схему распределения электрической энергии, согласно рисунку 1.
Рисунок 1 – Упрощённая однолинейная схема
Определяем максимальную реактивную мощность, подлежащую компенсации Qmкб, кВар, по формуле
Qmкб = Pmц · (tgφсрв – tgφэ),
Qmкб = 725,12 · (0,66-0,36) = 217,5 кВар.
Принимаем к предварительной установке две КБ типа УКБН-0,38-135 Т3 по каталогу [5, таблица 2.192]
Определяем максимальную реактивную мощность после компенсации Qmц', кВар
Qmц' = Qmц – Qкб · nкб,
где Qкб – мощность генерируемая одной КБ, кВар;
nкб – число КБ, шт.
Qmц’ = 480,72 – 135 · 2 = 210,72 кВар.
Находим максимальную полную мощность цеха после компенсации Smц', кВА
Smц' = ,
Smц' = = 755,1 кВА.
Находим коэффициенты мощности после компенсации
сosφ' = = 0,96 > сosφэ=0,94,
tgφ' = = 0,29 < tgφэ=0,36.
Итак, т.к. полученные значения не превышают требуемого коэффициента реактивной мощности энергосистемы, то КБ принимаем к окончательной установке, все полученные данные сводим в таблицу 2.
Таблица 2 Компенсация реактивной мощности
|
до компенсации |
после компенсации |
||||||||||
|
PPm, кВт |
QQm, квар |
SSm, кВА |
IIm(10) А |
ccos φ |
ttg φ |
PPm′, кВт |
QQm′, квар |
SSm′, кВА |
IIm(10) А |
ccos φ′ |
ttg φ′ |
|
725,12 |
480,72 |
870 |
550,2 |
00,83 |
00,66 |
725,12 |
210,72 |
755,1 |
443,6 |
00,96 |
00,29 |
Im(10) = ,
Im(10) = = 50,2 А,
Im(10) = = 43,6 А.
Таким образом, в результате установки двух КБ, с мощностью по QКБ = 135 квар получили снижение полной максимальной мощности на величину 113,66 кВА, что позволяет выбирать трансформатор меньшей мощности и питающие сети высокого напряжения меньшего сечения. Увеличение коэффициента активной мощности дает снижение потерь активной мощности при транспортировании электроэнергии.
6. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции.
Выбор типа подстанции
Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6…10 кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех категорий по надёжности электроснабжения, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15…20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении.
Двухтрансформаторные подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприёмников относится к первой или второй категориям. Также эти подстанции целесообразно применять при неравномерном графике нагрузки.
Применение подстанций с числом трансформаторов более двух экономически невыгодно.
Мощности трансформаторов и их количество зависит от: величины и характера графика нагрузки; длительности нарастания нагрузки по годам; числа часов работы объекта электроснабжения; стоимости энергии и других факторов.
В результате компенсации реактивной мощности в сетях низкого напряжения полная мощность цеха составила Smц' = 764,6 кВА. Т.к. электроприёмники данного цеха относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем к установке два силовых трансформатора с полной номинальной мощностью Sн = 630 кВА по каталогу [6, приложение 12]
Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы Kзн
Kзн = ,
где nтр – число трансформаторов, шт.
Kзн = = 0,60 < 0,75.
Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы Kз.ав.
Kз.ав. = ,
Kз.ав. = = 1,2 < 1,4.
Т.к. коэффициент загрузки не превышает рекомендуемых правилами эксплуатации значений, то принимаем трансформаторы к окончательной установке, его технические параметры сводим в таблицу 3.
Таблица 3 – Параметры силового трансформатора
|
Тип трансформатора |
Sном, кВА |
Uв.н., кВ |
Uн.н., кВ |
Pк.з., кВт |
Uк.з., % |
Iх.х., % |
Pх.х., кВт |
Kз.н |
Kз.ав |
|
ТСЗ-630/10 |
630 |
10 |
0,4 |
7,3 |
5,5 |
3 |
2 |
0,6 |
1,2 |
Выбранная компоновка электрооборудования должна обеспечить: пожаробезопасность и взрывобезопасность, действие окружающей среды на оборудование, безопасность обслуживания оборудования в нормальном режиме работы установки, максимальную экономию площади, возможность удобного транспортирования оборудования, безопасный осмотр, смену, ремонт аппаратов, со снятием напряжения не нарушив нормальной работы аппаратов под напряжением.
